Сварка меди аргоном: особенности, выбор присадки, подготовка и технология процесса

Немного теории

Медь и её сплав (бронза и никель) ввиду электро- и теплопроводности, антикоррозийности используется во многих отраслях. Точка плавления материала 1083°C. Теплопроводность чистой меди в 2 раза больше по сравнению с алюминием, поэтому, при сварке аргоном необходим хороший разогрев металла.

А вот теплопроводность медного сплава уже поменьше, значит отпадает необходимость повышенного нагрева.

Медь и сплавы подразделяются на несколько марок. Для получения качественного сварного соединения, лучше применять раскисленную или бескислородную медь, в них мало кислорода.

Основные присадочные составы для сварки меди аргоном представленны в таблице.

Но на практике, обычно используются аналогичные металлы по составу (что найдется в домашней мастерской).

Также, для лучшего расплава и сплавления металла, применяются прутки с тонким покрытием слоя флюса.

Свойства материала

Чтобы сварить медь или сплавы на её основе, необходимо выполнять качественный прогрев конструкций. Благодаря отличной теплопроводности достаточно просто обеспечить равномерную температуру на поверхности детали и по толщине материала. Однако получение равномерного прочного шва требует использования определённых навыков.

Особенности сварки:

• при значительном повышении температуры в меди начинают проходить окислительные процессы, в результате которых создаются тугоплавкие фазы повышенной хрупкости, что негативно сказывается на её прочностных и пластических свойствах;
• в ходе охлаждения шва происходит значительная усадка, которая может становиться причиной появления трещин;
• в результате нагрева начинается поглощение газов, повышающие вероятность образования неравномерностей и раковин;
• сварные швы на стыках меди с нержавейкой и другими металлами имеют высокий уровень зернистости, связанной с неоднородностью материалов, соединение становится хрупким и ненадёжным;
• по причине высокой электропроводности на сварочном аппарате требуется выставлять большие токи, что делает бытовые инверторы непригодными для проведения сварных работ;
• из-за высокого уровня текучести металла при нагреве создание швов в вертикальном или потолочном расположении невозможно.

Особенности работы с медью

Хотя сварку медных деталей можно производить с помощью специальных электродов, все-таки для этих целей лучше всего использовать неплавящиеся электроды из вольфрама.

Такие электроды хорошо «проваривают» швы, в отличие от сварки обычными электродами, они получаются прочными, ровными и чистыми.

Так как во время сварочных работ используется смесь газов: аргона и азота, то для безопасности сварка должна производиться только специально подготовленным сварщиком.

Вольфрамовые неплавящиеся электроды бывают нескольких видов: ЭВЛ и ЭВИ. ЭВЛ – это лаптанированные электроды, а ЭВИ – итерированные электроды.

Для сварки деталей из меди с помощью аргона используют именно итерированные электроды из вольфрама. Если толщина медных деталей свариваемых аргоном превышает 5 мм, то применяют обязательную разделку кромок.

Без разделки кромок всю толщину металла невозможно будет прогреть, так как медь обладает высокой теплопроводностью.

Следует знать, что для металла толщиной 5 – 12 мм используют одностороннюю разделку, а если толщина металла больше указанной, то разделывают обе кромки обрабатываемой детали.

Качество сварного шва также зависит от примесей, содержащихся в меди – чем чище медь, тем качественней шов. Кроме вольфрамовых электродов, также используется еще и присадочная проволока.

Присадочная проволока изолирует свариваемые детали от кислорода, который все же попадает в область сварки.

Таблица режимов сварки меди

Материал присадочной проволоки непременно должен соответствовать составу того металла, который предполагается варить..

В качестве присадки можно взять медную проволоку, которая содержит большое количество марганца. С одной стороны марганец надежно связывает поступающий в область сварки кислород, но с другой – примеси марганца снижают прочность сварного шва.

Поэтому в качестве присадки лучше всего использовать проволоку с содержанием каких-либо редкоземельных материалов.

Такие материалы полностью удаляют из швов кислород, но при этом не остаются в составе шва, как примеси марганца.

К сожалению, присадочная проволока из редкоземельных материалов весьма дорога, из-за чего немногие решаются ее использовать, отдавая предпочтение недорогой медной проволоке.

Особенности сварки меди аргонодуговым способом

Сама медь, так же, как и сплавы на ее основе, являются достаточно высокотеплопроводными материалами, которые, ко всему прочему, обладают также большой электропроводностью, а также высокой коррозионной стойкостью как при воздействии внешних факторов, так и относительно внутрикристаллической коррозии.

Точка плавления меди в ее чистом виде составляет 1083 °С, а в случае добавления различных легирующих химических соединений данный показатель может смещаться в одну или другую сторону.

Особенностью сварки медных изделий и деталей является высокая теплопроводность данного металла, что делает обязательным предварительный подогрев деталей перед началом сварки. Разогрев должен осуществляться до температуры от 350 до 600 °С. Подогрев осуществляется, как правило, с помощью газовой горелки.

Сварка осуществляется чаще всего с помощью аргонодугового способа путем использования неплавящегося электрода с постоянным током. В качестве присадочного материала используется пруток из чистой меди либо из ее сплавов. Это позволяет добиться максимального качества шва, а также его аккуратного внешнего вида.

В случае если материалы подобраны неправильно, медь в сварочной ванне начинает кипеть, что вызывает образование большого количества пор в полученном шве, а само соединение становится хрупким и может разрушиться в процессе эксплуатации.

Особенности сварки меди аргоном

Для сварки меди либо ее сплавов нужно осуществить качественный прогрев конструкции. Так как теплопроводность материала можно с уверенностью назвать отличной, нужно просто организовать равномерную температуру на всей толщине и поверхности детали.

Хотя равномерный прочный шов, конечно, сделает только опытный мастер.

Особенности сварки меди аргоном:

• процедура выполняется в среде инертного газа;
• аргон защитит область варки от кислородного проникновения, не давая, таким образам, металлам окислиться;
• аргонный способ предохранит сварочную ванну, а также присадочный расплавленный материал;
• чтобы образовать надежный сварочный шов, нужно взять бескислородную или раскисленную медь (чем кислорода меньше, тем успешнее процедура);
• для более качественной сварки берется флюс.

Аргонодуговая сварка подойдет для соединений конструкций разных по толщине (и крупногабаритных тоже). Перед процедурой дуга разогревается на угольной или графитовой пластинке. Варить можно в разных расположениях: вертикальном, потолочном, нижнем. Сварка меди аргоном специалистами оценивается как самая чистая. То есть пары оксидов в этом процессе фактически не выделяются. В ходе аргоновой сварки на пол не падают раскаленные искры, что важно для сохранности поверхностей. То есть теоретически аргоновую сварку можно проводить даже в жилых помещениях.

Наконец, важным преимуществом аргоновой сварки будет качество процесса и результата. Сваривая медь с аргоном, можно рассчитывать на чистый и аккуратный шов, без подрезов и шлаков.

Аргоном, к слову, на малых токах варят даже тонколистовые медные изделия. Еще один очевидный плюс аргоновой сварки – она позволяет работать даже со сложными металлами, которые невосприимчивы к обычной сварке. Она же дает возможность восстановить прежний объем детали (в данном случае металл наплавляется поверх).

Как подготовиться?

Надо сказать, что медь редко где применяется в чистом виде, что не может не сказаться на сварочном процессе. Примеси в сплаве обеспечивают и высокую текучесть, и большую чувствительность к кислороду, и интенсивное испарение цинка. А еще усложняет процесс высокое термическое расширение в совокупности с высокой же теплопроводностью. Все это усложняет сварку меди в принципе. Потому подготовка к сварке – важнейший этап удачной работы.

Начинается процесс подготовки с качественных зачистных работ. Место соединения следует обработать абразивом, пока не появится характерный блеск. Потом область работы нужно обязательно обезжирить. Чем лучше будет выполнена зачистка, тем качественнее пройдет последующая сварка.

Замечания для сварщика.

• Дефекты сварки превратятся в шлак, потому еще на этапе подготовки нужно их предупреждать.
• При плавлении медь быстро стекает, то есть могут возникнуть проблемы с потолочными и вертикальными швами, так как даже при малом перегреве металл незамедлительно стечет вниз. Устранить это можно обеспечением сварочной ванны малого размера.
• От других металлов медь отличает высокий коэффициент линейного расширения. Медь легко деформируется, на ней быстро образуются горячие трещины. Потому деталь предварительно прогревают в печи либо горелкой.

И немного об обработке кромки вручную. Ошибкой будет применять очень грубую щетку или крупнозернистую насадку – это может деформировать металл.

Опытные мастера напоминают, как надо выполнять травление самой детали и присадочной проволоки.

Травление осуществляется в особом растворе, его сделать можно самому. Основным компонентом такого раствора будет серная, азотная либо же соляная кислота. Ее смешивают с водой и туда отправляются заготовки с проволокой. После завершения травления все хорошо промывается в воде, просушивается горячим воздухом.

Необходимое оборудование для аргонной сварки меди

Горелки являются важнейшими компонентами для осуществления аргоновой сварки. РГА – самые ходовые модели. ГОСТ 5.917-71 описывает требования к данным аппаратам.

Особенно востребованными моделями, выпущенными в соответствии с ГОСТ, считаются РГА-150 и РГА-400. При сварочном токе до 200 Ампер применяется первая модель. Диаметр электрода для нее составляет 0,8-3 мм. Второй вид оборудования можно применять с током до 500 Ампер. Диаметр электродов 4-6 мм. В нем используется водяное охлаждение в отличие от первого варианта, где предусмотрено лишь воздушное.

Аргонная сварка меди своими руками

Для сваривания медных сплавов берутся:

• горелки, в которые ставиться вольфрамовый электрод;
• баллон для хранения аргона;
• редукторные клапаны, задача которых состоит в регулировании подачи аргона;
• экипировка, предназначенная для обеспечения безопасности: защитная маска и перчатки минимум

 

Выбор электродов

Для получения качественного сварного шва необходимо выбрать электрод по диаметру, составу обмазки, особенностям состава материала заготовок. Состав обмазки выполняет защитную роль, так как предотвращает попадание в расплав газов.

При сваривании меди аргоном обмазка и защитные покрытия позволяют создавать специальные плёнки. В покрытии содержатся присадки, позволяющие улучшить шов при контакте материала стержня электрода с металлом конструкции. Шов в таком случае формируется однородным и равномерно застывает, одновременно исключается создание хрупких фаз.

Применяют два вида электродов:

• неплавящиеся, на основе синтетического графита, электротехнического угля, а также других материалов с аналогичными свойствами.
• плавящиеся, создаваемые на основе прутков из меди, чугуна, алюминиевой проволоки, поверх которой наносится специальная обмазка.

Чтобы понять, каким электродом сварить медь, нужно ориентироваться на цвет обмазки:

• красный – для ручной сварки;
• синий – для тугоплавких сплавов;
• серый – для сварки деталей из цветных металлов.

Сварка меди аргоном

Этим способом выполняют сварку меди полуавтоматом или ручным аргонодуговым методом. Работа проводится постоянным током прямой полярности. Его величина устанавливается из расчета, что на каждый миллиметр толщины нужно 100 А. Значение можно корректировать в процессе работы в зависимости от состава металла. При сварке меди аргоном расход газа не должен превышать 10 л/мин.

В качестве присадочной проволоки можно использовать медные провода или жилы кабеля, очищенные от изоляции и лака. Ее подают по краю сварочной ванны впереди электрода, чтобы при плавлении металл не прилипал к нему. Для заготовок толщиной меньше 0,5 см предварительный подогрев не нужен.

Чаще всего выполняют сварку меди угольными электродами, так как вольфрамовые приходится часто менять. Заготовки толщиной больше 1,5 см соединяют графитовыми электродами. Допустимый вылет электрода не больше 7 мм, длина дуги 3 мм. В отличие от других способов сваркой меди аргоном можно качественно соединять вертикальные стыки.

Газовая сварка

Для этой технологии не требуется сложное оборудование как для аргонодуговой. Достаточно горелки и баллона с ацетиленом. Чтобы обеспечить нормальное протекание процесса, потребуется расход газа 150 л/час для заготовок толщиной до 10 мм, свыше ― 200 л/час. Для замедления остывания заготовки с обеих сторон обкладывают листовым асбестом. Диаметр присадочной проволоки выбирается равным 0,6 толщины металла, но не более 8 мм.

Читайте также:  Плазменное напыление металлов

Выполняя газовую сварку меди, пламя направляется перпендикулярно к стыку. При этом нужно следить, чтобы проволока плавилась раньше основного металла. Чтобы снизить вероятность появления горячих трещин, работу проводят без остановок. Завершенный стык проковывают без нагрева, если детали тоньше 5 мм, или при температуре 250⁰C, когда толще. Затем проводят отжиг при 500⁰C и быстро охлаждают водой.

Ручная дуговая сварка

Этим способом соединяют заготовки толщиной больше 2 мм, используя плавящиеся электроды и постоянный ток обратной полярности. Процесс практически не отличается от сварки стали, только электрод ведут без поперечных колебаний, поддерживая короткую дугу. Шов формируется возвратно-поступательными движениями.

Для сварки меди в домашних условиях лучшими признаны электроды АНЦ-1, которыми можно соединять металл толщиной до 15 мм без подогрева. Аналогичными характеристиками обладают марки EC и EG польского производства. При ремонте трубы с горячим носителем следует учитывать, что тепло и электропроводность швов, сделанных этим способом, в 5 раз меньше, чем у меди.

Сила тока и диаметр электрода в зависимости от толщины деталей приведены в таблице:

Толщина меди, мм	Диаметр электрода, мм	Значение тока, А
2	2 — 3	100 — 120
3	3 — 4	120 — 160
4	4 — 5	160 — 200
5	5 — 6	240 — 300
6	5 — 7	260 — 340
7 — 8	6 — 7	380 — 400
9 — 10	7 — 8	400 — 420

Медные водопроводные трубы

Сварить трубы можно всеми способами сварки меди. Можно варить медь угольным электродом, газосваркой, но наиболее распространенный и не очень сложный способ – это сварка аргоном. По ГОСТу шов должен выдерживать давление воды свыше 10-ти атмосфер при испытании системы водоснабжения.

Принцип работы прост. Нагреть стык, капнуть расплав с прутка и немного растянуть металл по шву. Так варится весь периметр трубы. Постепенно добавляя металл и растягивая его, формируют валик шва. При проведении сварки меди без остановок вы получите стык с множеством прожогов и подрезов шва.

Для выполнения этого вида работы лучше использовать импульсный тип сварочного аппарата. В этом случае можно увеличить скорость сваривания меди и уменьшить деформацию трубопровода.

Для этого выставляют короткие промежутки между импульсами, обеспечивая небольшое остывание металла. Если в шве образовалась дырка, не спешите заваривать ее. Дайте металлу остыть и, проходя по краю дырки, постепенно заварите ее.

Перед началом работы необходимо настроить силу тока. Для этого лучше использовать старые детали трубопровода. Такой способ позволит экономить дорогостоящий материал.

Пайка медного радиатора

В завершение приведем старый, но действенный способ устранения течи радиатора автомобиля. Для этого понадобится баллон пропана, горелка и широкий медный паяльник. Надо также взять кислоту для пайки или, в крайнем случае, канифоль, и прутки припоя из медно-фосфорного материала.

Сначала необходимо обнаружить место протечки. Затем зачистить его наждачкой, удалить грязь, накипь и пыль, обезжирить поверхность меди и залудить участок с дыркой. Для этого включают горелку, прогревают одновременно радиатор и паяльник. Кисточкой наносят слой кислоты и разогретым паяльником снимают небольшое количество припоя, разглаживают его по поверхности радиатора в месте повреждения.

Разогревают металл и паяльник. Снимая им капли припоя, проходят поврежденный участок, постепенно закрывая дырку. Таким старым дедовским способом можно сэкономить немаленькие средства на покупку нового радиатора или на сварку аргоном в автомастерской.